Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

М и н о б р н а у к и Р о с с и и

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.П. ОГАРЁВА»

 

С. В. УСАНОВА, Ю. И. ШАТИЛОВ, С. Н. АВТАЕВ

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«МЕТРОЛОГИЯ»

 

Саранск

 2016

УДК 006.91(076)

ББК З2

У74

 

Рецензенты:

кандидат технических наук профессор кафедры

теплоэнергетических систем ФГБОУ ВО «Мордовский

государственный университет имени Н. П. Огарёва» Д. В. Кузнецов

Усанова, Светлана Викторовна

У74        Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Метрология» / С. В. Усанова, Ю. И. Шатилов, С. Н. Автаев.  – Саранск, 2016. – 100 с.

 

 

Представлены лабораторные работы по метрологии и методические рекомендации по их выполнению.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения направления подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».

УДК 006.91(076)

ББК З2

У74

Учебное издание

 

УСАНОВА Светлана Викторовна, ШАТИЛОВ Юрий Иванович,

АВТАЕВ Сергей Николаевич

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МЕТРОЛОГИЯ»

Печатается в авторской редакции в соответствии

с представленным оригинал-макетом

Подписано в печать 00.00.16. Формат 60 × 84 1/16.

Усл. печ. л. 0,00. Тираж 100 экз. Заказ №

 

Издательство Мордовского университета

430005, г. Саранск, ул. Советская, 24

 

 

                                                    © Усанова С. В., Шатилов Ю. И., Автаев С. Н.

© Оформление. 2016

предисловие

Цель освоения учебной дисциплины «Метрология» − формирование знаний об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Задачи изучения дисциплины − приобретение практических навыков выбора методов и средств измерения, формирование представлений о законодательных и нормативных правовых актах в области метрологии.

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

- систему единиц SI, правила образования производных единиц в системе SI;

- виды и методы измерений, области их применения;

- погрешности измерений, законы распределения случайных погрешностей;

- алгоритмы обработки результатов измерений;

- средства измерений: классификацию, метрологические характеристики, классы точности;

- принцип выбора средств измерений;

- законы и нормативные документы по обеспечению единства измерений;

- сущность метрологического контроля и надзора, сферы его распространения и виды, понятия о поверке, калибровке и утверждении типа средств измерений.

Уметь:

- определять размерности производных единиц;

- определять доверительные границы погрешности и суммировать их;

- определять и представлять результаты измерений;

- определять погрешности средств измерений по классу точности;

- выбирать средства измерений;

- использовать технические средства для измерения и контроля параметров электроэнергетической системы.

Владеть :

- навыками планирования, подготовки и выполнения типовых экспериментальных исследований по заданной методике;

- приемами обработки и правилами представления результатов экспериментов;

- навыками измерения и контроля основных параметров электроэнергетической системы.

 

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

 

1. Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо тщательно изучить её описание и подробно ознакомиться со схемой соединения лабораторного оборудования.

2. Начертить принципиальную схему лабораторной работы в тетради. Продумать, каким образом производить коммутацию между элементами схемы, разобраться в их назначении, уяснить работу схемы и ее элементов.

3. Вычертить монтажную схему с указанием мест подключения перемычек или составить таблицу соединений, согласно которой будет производиться коммутация элементов.

4. Сборку схемы производить только при отключенной питающей сети. После окончания сборки схемы тщательно проверить правильность соединений. Убедиться в отсутствии коротких замыканий в монтаже схемы. После чего обратиться к преподавателю за разрешением на проведение лабораторной работы.

5. Приступая к работе, следует установить все тумблеры в нижнее положение, соответствующее их отключенному состоянию, рукоятки регуляторов - в минимальное положение.

6. При проведении работы следить за тем, чтобы величины измеряемых параметров не выходили за пределы диапазона измерения приборов.

 

ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

 

Отчет по каждой лабораторной работе оформляется после ее выполнения согласно СТО МордГУ 013-2003. «Работы лабораторные. Правила оформления отчётов». Отчёт о лабораторной работе должен содержать титульный лист и следующие разделы:

- цель или задачи работы;

- программа и методика эксперимента;

- результаты измерений (наблюдений);

- обработка экспериментальных данных и оценка погрешностей измерений;

- анализ результатов и выводы (заключение).

Экспериментальные данные лабораторных работ должны быть математически обработаны с приведением формул и перечнем обозначений.

Результаты измерений следует представлять в виде таблиц, графиков, осциллограмм и другими способами с разделением исходных и выходных параметров. Анализ результатов и выводов проводится с привлечением основных теоретических сведений по изучаемой и смежным дисциплинам.

Оформление должно соответствовать требованиям СТО МордГУ 006-2014. Отчёт о лабораторной работе необходимо выполнять на листах формата А4 по ГОСТ 2.301 (297х210) с обязательной надписью по ГОСТ 2.104.

Отчёты о лабораторных работах, выполненных в течение семестра, могут брошюроваться.

Текст отчёта должен выполняться либо рукописно тушью (чернилами, пастой) черного, фиолетового или синего цвета, либо любым из машинописных способов.

Лабораторным работам присваивается обозначение, состоящее из индекса работы (ЛР – лабораторная работа), кода университета – 02069964, кода специальности (направления подготовки), номера или варианта работы, двух последних цифр года выполнения работы. Например, ЛР−02069964−13.03.02−01−15. Обозначение даётся на титульном листе работы.

При оформлении отчетов обязательно соблюдение общепринятых правил при обозначении электрических величин, единиц измерения, построении графиков, векторных диаграмм и изображении электрических схем.

Таблицы, графики и схемы чертятся либо карандашом, либо ручкой черным цветом. Графики для большей наглядности допускается чертить в цвете. Они изображаются в прямоугольной системе координат или на комплексной плоскости в стандартных масштабах. Начало отсчета по обеим осям рекомендуется совмещать с началом координат.

К выполнению следующей лабораторной работы без сдачи отчета о предыдущей работе студент не допускается.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Все средства измерений, независимо от их конкретного исполнения, обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими их функционального назначения. Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками.

Метрологические характеристики измерительных устройств предназначены главным образом для двух целей:

1) выбора измерительного устройства, обеспечивающего измерение величины в заданных пределах и с требуемой точностью;

2) оценки погрешностей измерений, которые будут получены при использовании конкретного измерительного устройства.

Измерительные приборы бывают аналоговые и цифровые. В аналоговых приборах показания определяются по шкале и являются непрерывной функцией изменения измеряемой величины. В цифровых приборах, вырабатываются дискретные сигналы измерительной информации, и результат представляется в цифровой форме. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики. Важной характеристикой шкальных измерительных приборов является цена деления.

Цена деления шкалы − разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы (0,04 А для амперметра изображенного на рис. 1). У цифровых приборов шкалы в явном виде нет, и на них вместо цены деления указывается цена единицы младшего разряда числа в показании прибора.

Шкала средства измерений − это часть средства измерений, представляющая собой упорядоченный набор меток вместе со значениями соответствующей величины.

Метка шкалы − это знак (штрих, точка и т. п.) на шкале, соответствующий некоторому отдельному значению измеряемой величины.

Промежуток между двумя соседними отметками шкалы называется делением шкалы.

Длина деления шкалы (см. рис. 1.1) − расстояние между осями (центрами) двух соседних отметок шкалы, измеренное вдоль воображаемой линии, проходящей через середины самых коротких отметок шкалы.

Диапазон показаний − область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы, то есть наибольшим и наименьшим значениями измеряемой величины. Например, у амперметра, изображенного на рис. 1.1, диапазон показаний составляет 1 А.

 

Рис. 1.1. Внешний вид амперметра

 

Чувствительность средства измерений − отношение изменения показаний средства измерений к вызывающему его изменению измеряемой величины.

Различают абсолютную и относительную чувствительность.

Абсолютную чувствительность определяют по формуле

,                                                 (1)

относительная чувствительность − по формуле

                                          (2)

где  − изменение показаний; х − измеряемая величина;  − изменение измеряемой величины.

Вариация показаний измерительного прибора − это разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе «справа» и подходе «слева» к этой точке. Вариация показаний представляет собой алгебраическую разность наибольшего и наименьшего результатов при многократном измерении одной и той же величины в неизменных условиях. Вариация характеризует нестабильность показаний измерительного прибора.

Результат любого измерения отличается от истинного значения величины на некоторое значение, зависящее от точности средств и методов измерения, квалификации оператора, условий, в которых проводилось измерение, и т. д. Отклонение результата измерения от истинного значения величины называется погрешностью измерения. Поскольку определить истинное значение величины в принципе невозможно, т. к. это потребовало бы применения идеально точного средства измерений, то на практике вместо истинного значения величины применяют действительное значение измеряемой величины, которое настолько точно приближается к истинному значению, что может быть использовано вместо него. Это может быть, например, результат измерения величины образцовым средством измерения.

Под погрешностью средства измерений понимают разность между показанием средства измерений и известным опорным (действительным) значением величины.

Абсолютная погрешность  средства измерений − это погрешность, выраженная в единицах измеряемой величины. Определяется как разность между измеренным  и действительным  значениями величины:

.                                            (3)

Абсолютная погрешность может быть положительной или отрицательной. Абсолютная погрешность не всегда является достаточной или наглядной информацией о точности измерения.

Во многих случаях абсолютную погрешность полезно соотнести с размером самой измеряемой величины. Тогда используется понятие «относительная погрешность». Относительная погрешность средства измерений выражается в процентах и вычисляется по формуле:

.                       (4)

При необходимости охарактеризовать точность измерительною прибора и сравнить различные приборы между собой по обеспечиваемой ими точности измерения, относительная погрешность также оказывается недостаточно информативной. Для этих целей вводится характеристика, называемая «приведенная погрешность» .

Приведенная погрешность средства измерений выражается отношением абсолютной погрешности средства измерений к нормирующему значению величины :

.                                     (5)

Для приборов с нулевой отметкой на краю шкалы нормирующее значение  равно конечному значению диапазона измерений. Для приборов с двухсторонней шкалой, т. е. с отметками шкалы, расположенными по обе стороны от нуля значение  равно арифметической сумме модулей конечных значений диапазона измерения.

Важнейшей метрологической характеристикой средства измерений, которая указывается изготовителем в паспорте и на его шкале (рис. 1.1) является класс точности.

Класс точности − это максимально возможная приведенная погрешность прибора, используемого в нормальных условиях, при одиночном измерении стационарной величины.

Указывая класс точности прибора, изготовитель гарантирует, что приведенная погрешность любого одиночного измерения окажется не больше названной величины. Поскольку каждое единичное измерение содержит как систематическую, так и случайную погрешности, то и класс точности прибора должен учитывать обе эти погрешности.

Основной принцип оценки класса точности установлен единым регламентом, согласно которому необходимо:

а) по формуле (5) определить в каждой оцифрованной точке шкалы прибора наибольшую наблюдаемую приведенную погрешность измерения;

б) из полученного ряда значений приведенной погрешности выбрать максимальное значение, которое и будет характеризовать класс точности данного прибора.

Средство измерений − это техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные (установленные) метрологические характеристики.

Цифровой мультиметр MASTECH MY-64 предназначен для измерения постоянного и переменного напряжения, постоянного и переменного тока, сопротивления, частоты, емкости и проверки полупроводников. Предусмотрена защита от перегрузок на всех пределах (табл. 1.1−1.5) (рис. 1.2, п. 11).

 

Рис. 1.1. Внешний вид мультиметра MASTECH MY -64 :

 

 

1 − дисплей; 2 − разъем для подключения транзисторов; 3 − переключатель режима измерения; 4 − разъем для подключения термопары; 5 − гнездо « » для подключения измерительного щупа или соединительного проводника при измерении напряжения, частоты или сопротивления; 6 − гнездо «СОМ» для подключения измерительного щупа или соединительного проводника при измерении напряжения, силы тока, частоты или сопротивления; 7 − гнездо « » для подключения измерительного щупа или соединительного проводника при измерении силы тока до 200 мА; 8 − гнездо «10 А» для подключения измерительного щупа или соединительного проводника при измерении силы тока до 10 А; 9 − разъем для подключения конденсаторов при измерении их емкости; 10 − кнопка включения/отключения питания; 11 − индикатор низкого заряда батареи (лабораторный мультиметр питается от сети 220 В через  преобразователь, поэтому не нуждается в замене батареи); 12 − индикатор, отображающий, что мультиметр работает в режиме измерения высокого напряжения.

Основные технические характеристики цифрового мультиметра MASTECH MY-64 приведены в табл. 1.1 − 1.5.

 

Таблица 1.1 − Диапазоны измерения постоянного напряжения

 

Диапазон	Разрешение	Погрешность
200 мВ	0,1 мВ	± (0,5 %·  + 2 ед. мл. разряда)
2 В	1 мВ
20 В	10 мВ
200 В	100 мВ
1000 В	1 В	± (0,8 %·  + 2 ед. мл. разряда)

 

Защита от перегрузок: 200 В эффективна на пределе 200 мВ и 1000 В постоянного напряжения или 750 В на остальных пределах.

 

Таблица 1.2 − Диапазоны измерения переменного напряжения

 

Диапазон	Разрешение	Погрешность
200 мВ	0,1 мВ	± (1,2 %·  + 3 ед. мл. разряда)
2 В	1 мВ	± (0,8 %·  + 3 ед. мл. разряда)
20 В	10 мВ
200 В	100 мВ
750 В	1 В	± (1,2 %·  + 3 ед. мл. разряда)

 

Защита от перегрузок: 1000 В при постоянном напряжении или 750 В на всех пределах измерения. Диапазон частот измеряемого переменного напряжения 45 Гц...450 Гц.

 

Таблица 1.3 − Диапазоны измерения постоянного тока

 

Диапазон	Разрешение	Погрешность
2 мА	1 мкА	± (0,8 %·  + 1 ед. мл. разряда)
20 мА	10 мкА
200 мА	100 мкА	± (1,5 %·  + 1 ед. мл. разряда)
10 А	1 мА	± (2,0 %·  + 5 ед. мл. разряда)

 

Защитой от перегрузок на пределе 200 мА является самовосстанавливающийся предохранитель, на пределе 10 А нет предохранителя. Падение напряжения: 200 мВ.

 

Таблица 1.4 − Диапазоны измерения переменного тока

 

Диапазон	Разрешение	Погрешность
2 мА	1 мкА	± (1,0 %·  + 5 ед. мл. разряда)
20 мА	10 мкА
200 мА	100 мкА	± (1,8 %·  + 5 ед. мл. разряда)
10 А	1 мА	± (3,0 %·  + 7 ед. мл. разряда)

 

Таблица 1.5 − Диапазоны измерения сопротивления

 

Диапазон	Разрешение	Погрешность
200 Ом	0,1 Ом	± (0,8 %·  + 3 ед. мл. разряда)
2 кОм	1 Ом	± (0,8 %·  + 2 ед. мл. разряда)
20 кОм	10 Ом
200 кОм	100 Ом
2 МОм	1 кОм
20 МОм	10 Ом	± (1,0 %·  + 2 ед. мл. разряда)
200 МОм	100 кОм	± (6,0 %·  + 10 ед. мл. разряда)

 

Максимальное напряжение на разомкнутых щупах: 2,8 В. Время срабатывания защиты от перегрузок: 15 с максимум 200 В эффективность на всех пределах.

 

Цифровой мультиметр SANWA PC500 (рис. 1.3) предназначен для измерения различных электрических величин (напряжения, силы тока, активного сопротивления, емкости, частоты) в слаботочных цепях.

 

 

Рис. 1.3. Внешний вид мультиметра SANWA PC 500:

1 − поворотный переключатель выбора режима работы; 2 − кнопка ручного выбора диапазона (так же служит для автокомпенсации сопротивления щупов); 3 − кнопка выбора режима измерения (постоянный, переменный ток); 4 − ЖК-дисплей; 5 − кнопка фиксации показания на дисплее; 6 − кнопка включения режима измерения частоты (измерение частоты возможно при любом режиме измерения); 7 − входное гнездо « , , , , , ┤├  »; 8 − входное гнездо «СОМ» (общее для любого режима измерения); 9 − гнездо « , » (для измерения силы тока до 500 мА); 10 − гнездо «А» (для измерения силы тока до 10 А.

Мультиметр удовлетворяет требованиям безопасности стандарта IE С1010. Для всех диапазонов измерения тока предусмотрена защита. Результаты измерений отображаются на дисплее (рис. 1.4).

 

 

 

 

Рис. 1.4. Дисплей мультиметра SANWA PC 500:

 

1 − основной дисплей; 2 − индикатор режима автоматического выбора диапазона; 3 − индикатор режима фиксации показаний; 4 − индикатор режима измерения постоянного переменного тока (напряжения); 5 − индикатор отрицательной полярности; 6 − индикатор режима проверки диодов; 7 − индикатор разряженной батареи (лабораторный мультиметр питается от сети 220 В через  преобразователь, поэтому не нуждается в замене батареи); 8 − графическая шкала; 9 − индикатор режима «прозвонка»; 10 − индикатор размерности измеряемой величины; 11 − индикатор чувствительности для режима измерения частоты.

Диапазоны измерений и точность мультиметра SANWA PC 500

Абсолютная погрешность, если не указано иначе, определяется как ± (% от показания прибора : число значений единицы младшего разряда), например, при измерении в диапазоне до 500 мВ показания прибора 134,8 мВ, абсолютная погрешность будет составлять

 

.

 

Таблица 1.6 − Диапазоны измерения напряжения

 

Диапазон	Погрешность
50.00 мВ	0,12 % + 2D
500.0 мВ	0,06 % + 2D
5.000, 50.00, 500.0, 1000 В	0,08 % + 2D

 

Таблица 1.7 − Диапазоны измерения напряжения переменного тока

 

Диапазон	Погрешность
при частоте переменного тока 50...60 Гц
50.00, 500.0 мВ 5.000, 50.00, 500.0, 1000 В	0,5 % +3D
при частоте переменного тока 40...500 Гц
50.00 мВ, 500.0 мВ	0,8 % + 3D
5.000, 50.00, 500.0 В	1 % + 4D
1000 В	1,2 % + 4D

 

Таблица 1.8 − Диапазоны измерения силы постоянного тока

 

Диапазон	Погрешность
500.0, 5000 мкА 50.00, 500.0 мА 5.000, 10.00 А	0,2 % + 4D

 

Таблица 1.9 − Диапазоны измерения силы переменного тока

 

Диапазон	Погрешность
при частоте переменного тока 50...60 Гц
500.0, 5000 мкА 50.00 мА	0,6 % +3D
500.0 мА	1 % +3D
5.000, 10.00 А	0,6 % +3D
при частоте переменного тока 40...1000 Гц
500.0, 5000 мкА 50.00 мА	0,8 % +4D
500.0 мА 5.000, 10.00 А	1 % +4D

 

Таблица 1.10 − Диапазон измерения сопротивления

 

Диапазон	Погрешность
50.00 Ом	0,4 % + 6D
500.0 Ом	0,2 % + 3D
5.000, 50.00, 500.0 кОм	0,2 % + 2D
5.000 МОм	1,0 % + 3D
50 МОм	1,5 % + 5D

 

Таблица 1.11 − Диапазоны измерения частоты

 

Режим	Погрешность	Диапазон
«мВ»	0,01 %+2D	10 Гц...125 кГц
«5 В»		10 Гц...125 кГц
«50 В»		10 Гц...20 кГц
«500 В»		10 Гц...1 кГц
«1000 В»		10 Гц...1 кГц
«µA», «mA», «А»		10 Гц...125 кГц

 

Таблица 1.12 − Диапазоны измерения емкости

 

Режим	Погрешность
50.00 нФ	0,8 % + 3D
500.0 нФ	0,8 % + 3D
5000 нФ	1,0 % + 3D
50.00 мкФ	2,0 % + 3D
500.0 мкФ	3,5 % + 5D
9999 мкФ	5,0 % + 5D

Рис. 1.5. Схема электрическая соединений комплекта для измерения напряжения

2. Подключить соединительные проводники к гнездам «VΩHz» и «СОМ» мультиметра MASTECH MY-64 и к выходам «0...+15 В» и «┴» модуля «Модуль питания». Повернуть ручку регулировки выходного напряжения против часовой стрелки до упора.

3. Установить переключатель режима измерения в режим измерения напряжения. Диапазон измерения выбирается таким образом, чтобы значение измеряемой величины находилось в его границах. Если измеряемое напряжение не известно заранее − установить переключатель режимов измерения на наибольший предел и понижать его до получения удовлетворительного значения.

4. Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» модуля «Модуль питания».

5. Включить мультиметр, значение напряжения отобразится на дисплее, изменять значения напряжения в диапазоне от 0 В до 15 В. Занести показания мультиметра в табл. 1.13.

Таблица 1.13

 

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
, В	1,07	3,04	4,33	6,01	7,17	9,02	12,09	13,22	14,13	15,10
, В	1,07	3,04	4,33	6,01	7,17	9,02	12,08	13,21	14,13	15,10

 

6. Повторить измерения по пунктам 1...5 мультиметром SANWA PC 500. Занести показания мультиметра в табл. 1.13.

7. Сравнить показания мультиметров, сделать вывод.

Порядок измерения тока

1. Согласно схеме (рис. 1.6, а) выполнить электрическое соединение модулей.

Использовать:

•  − резистор  модуля «Элементы ЦАП и АЦП»;

•  − мультиметр 1 (MASTECH MY-64) модуля «Измерительный блок».

 

                  

              а)                                              б)

 

Рис. 1.6. Схема электрическая соединений лабораторного стенда

для измерения силы тока: а) постоянного тока; б) переменного тока

 

2. Установить переключатель режима измерения мультиметра в режим измерения постоянного тока. Предел измерения выбирается таким образом, чтобы значение измеряемой величины находилось в его границах. Если измеряемый ток не известен заранее − установить переключатель на наибольший предел и понижать его до получения удовлетворительного отсчета.

3. Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» модуля «Модуль питания».

4. Включить мультиметр, значение тока отобразится на цифровом дисплее. Значение напряжения изменять в диапазоне от 0 В до 15 В. Занести показания мультиметра в табл. 1.14.

Таблица 1.14

 

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
, мА	12,7	26,2	37,8	47,5	60,9	72,4	83,00	93,0	116,9	138,9
, мА	12,6	25	37,5	47,13	60,5	71,8	82,50	92,2	116,0	137,8

 

5. Повторить измерения по пунктам 1 − 4 мультиметром SANWA PC 500. Занести показания мультиметра в табл. 1.14.

6. Повторить измерения по пунктам 1 − 5 для переменного тока. Выполнить электрическое соединение модулей согласно схеме (рис. 1.6, б). Использовать:

•  − резистор  модуля «Элементы ЦАП и АЦП»;

•  − мультиметр 1 (MASTECH MY-64) модуля «Измерительный блок»;

•  − автотрансформатор модуля «Автотрансформатор».

 

Занести показания мультиметра в табл. 1.15

Таблица 1.14

 

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
, мА	12,2	25,6	47,2	72,5	99,00	125	155	164	180	195
, мА	12,3	25,4	47,1	72,1	98,01	124,1	154,2	163	178	193

 

Сравнить показания мультиметров, сделать вывод.

 

 

Рис. 1.7. Схема электрическая соединений лабораторного стенда

Для измерения сопротивления

«3» − гнездо «99999,9Ω» магазина сопротивлений; «1» − гнездо «0» магазина сопротивлений

 

2. Установить переключатель режима измерения мультиметра в режим измерения сопротивления. Предел измерения выбирается таким образом, чтобы значение измеряемой величины находилось в его границах. Если измеряемое сопротивление неизвестно заранее − установить переключатель па наибольший предел и понижать его до получения удовлетворительного значения, в лабораторной работе необходимо установить предел измерения 200 Ом.

3. Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» модуля «Модуль питания». Включить мультиметр. Устанавливая произвольное значение сопротивления магазина  в диапазоне от 0,1 до 10 Ом, провести не менее 10 измерений различных значений сопротивления , занести значение сопротивления  и показания мультиметра  в табл. 1.16 с точностью до 0,1 Ом

Таблица 1.16

 

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
, Ом	0,1	0,5	0,8	1	2	4	5	7	8	10
, Ом	0,6	1	1,3	1,5	2,5	4,5	5,5	7,4	8,4	10,4
, Ом	0,04	0,43	0,73	0,93	1,92	3,91	4,92	6,91	7,91	9,91

 

4. Повторить измерения по пунктам 1 − 3 мультиметром SANWA РС500. Перед измерением произвести компенсацию сопротивления щупов. Для этого, установите поворотный переключатель в положение , затем замкните наконечник щупов и получите стабильное показание. Удерживая наконечники закороченными, нажмите кнопку RANGE. На дисплее появится Shrt . Через 3 секунды после звукового сигнала сопротивление щупов и внутренних цепей защиты мультиметра будет автоматически скомпенсировано. Провести не менее 10 измерений. Измеренные значения сопротивления  занести в табл. 1.15.

5. Сравнить показания мультиметров, сделать вывод.

Рис. 1.8. Схема электрическая соединений лабораторного стенда

Для измерения частоты

Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» модуля «Модуль питания». Включить мультиметр и модуль «Функциональный генератор». Установить синусоидальную форму сигнала соответствующей кнопкой функционального генератора.

2. Заносить значение частоты, отображаемое на индикаторе модуля «Функциональный генератор» , и измеренное мультиметром  в табл. 1.17. Изменить частоту колебаний генерируемого сигнала кнопками уменьшения или увеличения частоты, заносить значения  и  в таб. 1.17. Повторить измерения в 5 − 7 точках диапазона от 0 до 20 кГц, указанных преподавателем. Отключить питание комплекта автоматическим выключателем и выключателем дифференциального тока «Сеть».

 

Таблица 1.17

 

№ опыта	1	2	4	5	6	7	8	9	10
, Гц	50	200	600	2000	4000	8000	14000	18000	20000
, Гц	60	200	600	1980	3960	7940	13870	17810	19790
, Гц	50	198	597	1988	3969	7975	13920	17890	19870

 

3. Повторить измерения по пункту 2 мультиметром SANWA PC500. Измеренные значения частоты  заносить в табл. 1.16.

4. Сравнить показания мультиметров и индикатора модуля «Функциональный генератор», сделать вывод.

Рис. 1.9. Схема электрическая соединений комплекта для поверки амперметра

 

Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциаль­ного тока «Сеть» модуля «Модуль питания». Включить мультиметр.

3. Увеличивая силу тока в цепи от 0 до 150 мА, провести не менее 10 замеров. Показания амперметров РА1 и РА2 занести в табл. 1.20.

4. Повторить измерения по пункту 3 при уменьшении силы тока в цепи от 150 мА до 0 с шагом 10 мА. Отключить питание стенда автоматическим выключателем и выключателем дифференциального тока «Сеть».

 

Таблица 1.20

 

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
, мА	10	25	40	55	70	90	110	120	130	150
, мА	10	25	40	55	70	90	110	120	130	150
, мА	10,7	25,7	41,2	55,9	69,8	88,9	110,8	119,2	129,1	147,4
, мА	10,2	25,3	39,7	54,4	69,6	88,8	110,4	116,4	130,1	147,2

 

 − показания амперметра РА1 при увеличении тока в цепи;

 − показания амперметра РА1 при уменьшении тока в цепи;

 − показания амперметра РА2 при увеличении тока в цепи;

 − показания амперметра РА2 при уменьшении тока в цепи.

5. Согласно схеме (рис. 1.10) выполнить электрические соединения модулей для измерения внутреннего сопротивления амперметра.

Использовать:

• РА1 − амперметр магнитоэлектрической системы;

• РА2 − мультиметр 2 (MASTECH МY-64) в режиме измерения постоянного тока;

• PV1 − мультиметр 1 (SANWA PC 500) в режиме измерения постоянного напряжения;

• R1 − нагрузочный резистор  модуля «Элементы ЦАП и АЦП».

 

 

Рис. 1.10. Схема электрическая соединений комплекта для измерения

Сопротивления амперметра

 

6. Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» модуля «Модуль питания». Включить мультиметры. Установить силу тока в цепи измерения 150 мА (контролируя величину тока амперметром РА2).

7. Рассчитать значение сопротивления амперметра по закону Ома:

.

Зафиксировать полученное значение сопротивления.

8. Зафиксировать класс точности, цену деления и диапазон значений поверяемого амперметра РА1.

 

Рис. 1.11. Схема электрическая соединений комплекта для поверки вольтметра

 

Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» модуля «Модуль питания». Включить мультиметры.

3. Увеличивая напряжение регулируемого источника питания в интервале от 0 В до 30 В, провести не менее 10 замеров. Показания вольтметров занести и табл. 1.20.

4. Повторить измерения по пункту 3 при уменьшении напряжения от 30 В до 0 В в тех же точках.

Таблица 1.2

 

	Наименование	Тип	Предел измерения	Класс точности	Цена деления шкалы
Поверяемый	Милиаперметр М42300	Аналоговый	30 В	1,5	1 В
Образцовый	Мультиметр Sanwa PC500a	Цифровой	1000 В	0,08	0,01 В

 

 

Таблица 1.20

 

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
, В	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30
, В	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30
, В	2,8	5,8	8,7	11,6	14,7	17 ,7	20,7	23,6	26,6	30
, В	2,7	5,7	8,7	11,6	14,6	17,7	20,7	23,5	26,6	30

 

 − показания вольтметра PV1 при увеличении тока в цепи;

− показания вольтметра PV1 при уменьшении тока в цепи;

 − показания вольтметра PV2 при увеличении тока в цепи;

 − показания вольтметра PV2 при уменьшении тока в цепи.

5. Установить напряжение 30 В (контролируя величину вольтметром Р V2). Измерить силу тока в цепи мультиметром РА1.

6. Рассчитать значение сопротивления вольтметра по закону Ома:

.

Зафиксировать полученное значение сопротивления.

7. Зафиксировать класс точности, цену деления и диапазон значений поверяемого вольтметра PV1.

8. После завершения экспериментов и проверки результатов преподавателем необходимо разобрать схему, предоставить комплект в полном составе и исправности преподавателю или лаборанту.

 

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. После завершения экспериментов и проверки результатов преподавателем необходимо разобрать схему, предоставить комплект в полном составе и исправности преподавателю или лаборанту

2. Используя табл. 1.1 − 1.11 определить доверительный интервал каждого из проведенных в лабораторной работе измерений. Сравнить точности рас­смотренных мультиметров.

3. По данным табл. 1.12 построить график зависимости  и . Величина, отображаемая на индикаторе мультиметра MASTECH MY-64, будет включать и себя сопротивление магазина  и соединительных проводников . В общем случае график зависимости   имеет вид (рис. 1.12):

 

 

Рис. 1.12. График зависимости

Сопротивление, измеряемое мультиметром в режиме омметра, определяется по формуле:

.

Относительная погрешность определяется по формуле:

,

где  − коэффициент наклона графика.

Приведенная погрешность мультиметра в режиме омметра (без учета сопротивления соединительных проводников) определяется по формуле:

,

где Д − диапазон измерения мультиметра (200 Ом).

4. По вышеприведенным выражениям и графику зависимости  определить сопротивление соединительных проводников, относительную погрешность измерения и приведенную погрешность цифрового мультиметра в режиме омметра, сравнить с техническими характеристиками (табл. 1.5).

5. Обратить внимание, что если график зависимости  проходит через точку (0; 0), то сопротивление соединительных проводников скомпенсировано.

6. По данным табл. 1.19 рассчитать среднее значение тока по формулам:

;                                 (6)

.                               (7)

Полученные значения занести в табл. 1.21

Таблица 1.21

 

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
, мА	10	25	40	55	70	90	110	120	130	150
, мА	10,45	25,5	40,45	55,15	69,7	110,6	117,8	129,6	130,1	147,3
, %
, %
Класс точности (практический)
Поправочный коэффициент
Калиброванные значения , мА
, %

 

7. Рассчитать относительную  и приведенную γ погрешности по формулам (4) и (5) соответственно для каждого пункта табл. 1.21. Выбрать максимальное значение приведенной погрешности , что соответствует классу точности прибора, занести его значение в табл. 1.21 и сравнить с указанным на шкале амперметра РА1. Сделать вывод о необходимости калибровки прибора.

8. Независимо от результатов предыдущего пункта, провести калибровку амперметра РА1:

- рассчитать поправочный коэффициент  для каждого пункта табл. 1.21 по формуле:

;

- рассчитать среднее значение поправочного коэффициента  по формуле:

,                          (8)

где N − число измерений;

- рассчитать калиброванные значения измеренной силы тока  для каждого пункта табл. 1.21 по формуле:

;

- определить относительную погрешность  калиброванных значений силы тока по формуле (4).

9. По данным табл. 1.20 рассчитать среднее значение напряжения для каждого пункта измерения по формулам:

;                            (9)

.                          (10)

Полученные значения занести в табл. 1.22.

Таблица 1.22

 

	1	2	3.	4	5	6	7	8	9	10
, В	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30
, В	2,75	5,75	8,7	11,6	14,65	17,7	20,7	23,55	26,6	30
, %
, %
Класс точности (практический)
Поправочный коэффициент
Калиброванные значения , В
, %

 

10. Рассчитать относительную  и приведенную  погрешности по формулам (4) и (5) соответственно для каждого пункта табл. 1.22. Выбрать максимальное значение приведенной погрешности , что соответствует классу точности прибора, занести его значение в табл. 1.22 и сравнить с указанным на шкале вольтметра PV1. Сделать вывод о необходимости калибровки прибора.

11. Независимо от результатов предыдущего пункта, провести калибровку вольтметра PV1:

- рассчитать поправочный коэффициент для каждого пункта табл. 1.22 по формуле:

;

- рассчитать среднее значение поправочного коэффициента  по формуле (8);

- рассчитать калиброванные значения измеренного напряжения  для каждого пункта табл. 2.7 по формуле:

;

- определить относительную погрешность  калиброванных значений напряжения по формуле (4).

12. Сделать вывод о способах повышения точности измерений.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите области применения цифровых мультиметров.

2. Приведите порядок действий при измерении тока и напряжения цифровым мультиметром.

3. Приведите порядок действий при измерении частоты электрического сигнала цифровым мультиметром.

4. Как скомпенсировать сопротивление соединительных проводников (щупов) мультиметра?

5. Какие существуют способы повышения точности измерения?

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В цепях переменного и постоянного тока большой мощности применение измерительных шунтов и добавочных сопротивлений нежелательно, так как они вносит погрешность, обусловленную наличием сопротивления и дополнительных потерь. Возможности шунтирующих и добавочных резисторов для преобразования тока и напряжения ограничены. Так, шунтирующие резисторы предназначены для преобразования токов силой до 5000 А, а добавочные резисторы − для преобразования напряжений до 30 кВ. При расширении диапазона преобразуемых токов и напряжений увеличиваются масса и габариты резисторов, а также возрастает опасность их обслуживания. Поэтому в цепях высокого напряжения переменного тока для преобразования тока и напряжения применяют измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Применение измерительных трансформаторов дает возможность измерять силу тока и напряжение в высоковольтных цепях амперметрами с диапазоном измерений от 0 до 5 А и вольтметрами с диапазоном измерений от 0 до 100 В. Кроме того, использование трансформаторов в высоковольтных цепях повышает безопасность обслуживания измерительных приборов, так как позволяет разделить силовые и измерительные цепи электрооборудования.

Основные требования к трансформаторам тока определены в ГОСТ 7746−2001 и ГОСТ 23624−2001, а к трансформаторах напряжения − в ГОСТ 1983-2001 и ГОСТ 23625−2001.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для преобразования измеряемых токов в стандартные (обычно 5 А, реже 1; 0,5, 0,3 A 0,125 А). Первичная цепь трансформатора тока содержит малое число витков (иногда участок проводника) медного провода, контакты которой Л1 и Л2 включают в разрыв проводника с измеряемым током. К контактам И1 и И2 вторичной обмотки трансформатора, число витков которой обычно больше, чем первичной, подключают приборы диапазон которых требует расширения по току. Поскольку сопротивление катушек таких приборов мало, трансформаторы тока работают в условиях, близких к короткому замыканию.

В цепи первичной обмотки трансформатора с числом витков  (рис. 5.1) проходит подлежащий измерению ток , при этом во вторичную обмотку с числом витков  включается амперметр, в цепи которого протекает ток . Магнитодвижущая сила в первичной обмотке считается равной магнитодвижущей силе во вторичной обмотке:

,

откуда измеряемый ток:

                                 ,                  (13)

где  − коэффициент трансформации тока.

Это справедливо, если ток холостого хода трансформатора . Однако , поэтому есть погрешность в определении тока .

Номинальный коэффициент трансформации можно определить по отношению числа витков, т.е.

.

Отношение разности номинального и действительного коэффициентов к действительному коэффициенту представляет собой погрешность трансформатора

.

Классы точности трансформаторов тока переносных лабораторных: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; стационарных, устанавливаемых на подстанциях: 0,2; 0,5; 1,0; 3; 5; 10. Номинальные значения сопротивления нагрузки цепи вторичной обмотки лежат в пределах от 0,2 до 2,0 Ом. Возрастание сопротивления нагрузки ведет к увеличению погрешностей

Измерительные трансформаторы напряжения по своему устройству и принципу действия аналогичны силовым трансформаторам. Обмотка высшего напряжения включается в цепь, а ко вторичной обмотке с меньшим числом витков подключают измерительные приборы.

Измеряемое напряжение при расширении предела измерения вольтметра трансформатором напряжения находится из выражения

                                 ,                            (14)

где  − коэффициент трансформации напряжения.

Отношение номинальных значений напряжений  к  или отношение числа витков обмотки высшего напряжения к числу витков обмотки низшего напряжения называют номинальным коэффициентом трансформатора напряжения

.

Этот параметр трансформатора указывают в его паспортных данных.

Вследствие того что в трансформаторе происходят потери мощности за счет перемагничивания сердечника и падении напряжений на обмотках, номинальный коэффициент трансформации отличается от действительного, который определяется отношением

.

Отношение разности номинального и действительного коэффициентов к действительному, выраженное в процентах, определяет погрешность трансформатора по напряжению:

.

Первичная обмотка трансформатора напряжения включается параллельно участку цепи, на выводах которого измеряется разность потенциалов (аналогично вольтметру). Вольтметр подключается ко вторичной обмотке трансформатора.

 

Рис. 5.1. Схема электрическая соединений комплекта для изучения расширения

Рис. 5.2. Схема электрическая соединений комплекта для изучения

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. По данным табл. 5.1 − 5.2 рассчитать средние значения тока и напряжения каждого пункта измерения по формулам (6), (7), (9) и (10). Полученные значения занести в табл. 5.3.

2. Из выражений (13) и (14) и данных таблицы 5.3 найти коэффициенты трансформации трансформаторов тока  и напряжения  для каждого пункта измерения. Полученные значения занести в табл. 5.3. Рассчитать среднее арифметическое значение коэффициентов трансформации по данным табл. 5.3.

;

,

где N − число измерений.

Таблица 5.3

 

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
, мА	52,2	107,75	154,9	197,7	225	260	305	345	430	495
, мА	9,2	18,41	28,21	36,25	43,86	50,9	59,2	67,05	83,85	96,8
, В	2,4	4,7	6,85	8,65	10,4	12,3	14,55	16,35	20,4	23,85
, В	1,04	2,15	3,08	3,88	4,7	5,64	6,67	7,51	9,45	11,09

 

3. Сделать вывод о расширении пределов измерения вольтметра и амперметра при помощи трансформаторов тока и напряжения.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Для чего используются трансформаторы тока и напряжения?

2. Чем ограничено применение добавочных сопротивлений и шунтов?

3. Как определить коэффициент трансформации при помощи двух измерительных приборов?

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Протекание тока по электрической цепи сопровождается потреблением энергии от источника. Скорость поступления энергии характеризуется мощностью. Различают мгновенную, среднюю, активную, реактивную и кажущуюся (полную) мощности. Под мгновенной мощностью условились понимать произведение мгновенного значения напряжения  на участке цепи на мгновенное значение тока , протекающего по этому участку:

.

Под активной мощностью  понимают среднее значение мгновенной мощности за период :

Если сила тока в цепи , а напряжение на измеряемом участке , то

где ,  − действующее значение напряжения и тока соответственно;  - угол сдвига фаз между током и напряжением.

Активная мощность представляет собой энергию, которая выделится в единицу времени в виде тепла на сопротивлении R . Активная мощность измеряется в ватах.

Под реактивной мощностью понимают произведение напряжения  на участке цепи, тока  протекающего по этому участку, синуса угла  между ними:

.

Реактивную мощность принято измерять в вольт-амперах реактивных (вар). Реактивная мощность характеризует собой ту энергию, которой обмениваются между собой генератор и приемник.

Кажущаяся (полная) мощность  равна произведению:

.

В лабораторной работе активная мощность измеряется цифровым ваттметром. Полная мощность измеряется косвенным методом, путем перемножения показаний вольтметра и амперметра.

Рис. 6.1. Схема электрическая соединений комплекта для измерения

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. По данным табл. 6.1 − 6.2 рассчитать средние значения силы тока, на­пряжения и мощности для каждого пункта измерения.

Полученные значения занести в табл. 6.3.

Таблица 6.3

 

Вид нагрузки		1	2	...	N
активная	, А
	, В
	, Вт
	, В·А
	, %
	, %
активно- индуктивная	, А
	, В
	, Вт
	, В·А

 

2. Рассчитать значение полной мощности для цепи с активной и активно-реактивной нагрузками по формуле:

.

Полученные значения занести в табл. 6.3.

3. Полная мощность в сети с активной нагрузкой равна активной мощности, поэтому класс точности ваттметра определяется по данным табл. 6.3 для активного типа нагрузки. Считая мощность , измеренную мультиметрами, образцовой, рассчитать относительную  и приведенную  погрешности измерения по формулам (4) и (5). Определить класс точности ваттметра, как максимальное значение приведенной погрешности, сравнить с техническими данными прибора.

12. Обратить внимание, что в цепи с активно-индуктивной нагрузкой активная мощность меньше полной.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что характеризует электрическая мощность в цепи с нагрузкой?

2. Приведите определение активной и реактивной мощности.

3. Какими методами в лабораторной работе измеряется полная и активная  мощности?

4. Приведите определение относительной, приведенной погрешностей и  класса точности прибора.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

 

Мостовые схемы измерения сопротивлений позволяют избавиться от ошибок, вносимых электроизмерительными приборами, так как здесь эти приборы используются не для измерения силы тока и напряжения, используемых в дальнейших расчетах, а только в качестве чувствительных индикаторов, работающих либо в режиме постоянного показания, либо, чаще, в режиме отсутствия тока (нуль-метод).

Применяют две схемы измерения: схема одинарного моста и схема двойного моста. Они представлены на рис. 9.1.

 

        

а)                                                         б)

Рис. 9.1. Схемы измерительных мостов:

а - одинарного моста; б - двойного моста

 

Для измерения сопротивлений в диапазоне от 1 Ом до 1 МОм применяют одинарные мосты постоянного тока типа ММВ, Р333, МО-62 и др. Погрешность измерений данными мостами достигает 15 % (мост ММВ). В одинарных мостах результат измерения учитывает сопротивление соединительных проводов между мостом и измеряемым сопротивлением. Поэтому сопротивления меньше 1 Ом такими мостами измерить нельзя из-за существенной погрешности. Исключение составляет мост Р333, при помощи которого можно производить измерение больших сопротивлений по двухзажимной схеме и малых сопротивлений (до 5... 10 Ом) по четырехзажимной схеме. В последней почти исключается влияние сопротивления соединительных проводов, т. к. два из них входят в цепь гальванометра, а два других − в цепях сопротивления плеч моста, имеющих сравнительно большие сопротивления. [6]

Плечи одинарных мостов выполняют из магазинов сопротивлений, а в ряде случаев (например, мост ММВ) плечи ,  могут быть выполнены из калиброванной проволоки (реохорда), по которой перемещается движок, соединенный с гальванометром. Условие равновесия моста определяется выражением:

.

При помощи  устанавливают отношение , обычно кратное 10, а при помощи  уравновешивают мост. В мостах с реохордом уравновешивание достигается плавным изменением отношения  при фиксированных значениях . В двойных мостах сопротивления соединительных проводов при измерениях не учитываются, что предоставляет возможность измерять сопротивления до  Ом.

На практике применяют одинарно-двойные мосты типа Р329, Р3009, МОД-61 и др. с диапазоном измерений от Ом до  МОм с погрешностью измерения 0,01 − 2 %. В этих мостах равновесие достигается изменением сопротивлений , ,  и . При этом достигается равенство  и . Условие равновесия моста определяется выражением . Здесь сопротивление  − образцовое сопротивление, составная часть моста. К измеряемому сопротивлению  подсоединяют четыре провода: провод (п. 2, рис. 9.1, б), продолжение цепи питания моста, его сопротивление не отражается на точности измерений; провода (п. 3 и 4, рис. 9.1, б), включены последовательно с сопротивлениями  и  величиной больше 10 Ом, так что их влияние ограниче­но; провод (п. 1, рис. 9.1, б), является составной частью моста и его следует выбирать как можно короче и толще.

При измерениях сопротивления в цепях, обладающих большой индуктивностью, во избежание ошибок и для предотвращения повреждений гальванометра необходимо производить измерения при установившемся токе, а отключение − до разрыва цепи тока. Измерение сопротивления постоянному току независимо от метода измерения производят при установившемся тепловом режиме, при котором температура окружающей среды отличается от температуры измеряемого объекта не более чем на . Для перевода измеренного сопротивления к другой температуре (например, с целью сравнения, к ) применяют формулы пересчета.

Схема моста Уитстона, используемого в данной работе, составлена из сопротивлений , , , , образующих плечи моста (рис. 9.2). В одну из диагоналей мостовой схемы CD включается чувствительный измеритель тока − миллиамперметр. К другой диагонали АВ подключается источник питания с сопротивлением . В плечи моста АС и DB включаются известные сопротивления  и  и плечо AD включается измеряемое сопротивление , а в плечо CB − магазин сопротивлений.

Магазин сопротивлений представляет собой набор достаточно точных сопротивлений. Процесс измерения по этой схеме заключается в подборе такого сопротивления магазина, при котором миллиамперметр и диагонали CD показывает отсутствие тока.

 

Рис. 9.2. Схема электрическая принципиальная моста

 

При произвольном соотношении сопротивлений через все плечи моста и через гальванометр протекают токи. Изменяя сопротивление магазина, добиваются такого состояния, при котором потенциалы точек С и D будут одинаковыми, и ток через миллиамперметр станет равным нулю. Это состояние схемы называется равновесием моста.

В состоянии равновесия разность потенциалов между точками А и С равна разности потенциалов между точками А и D , а .  В соответствии с законом Ома для пассивного участка электрической цепи разность потенциалов на концах участка равна падению напряжения на участке, т.е. произведению силы тока на сопротивление этого участка цепи: . Приравнивая падения напряжения на сопротивлениях  и ,  и , получим следующие выражения:

                                         (17)

                                 (18)

Эти равенства справедливы только тогда, когда мост находится в состоянии равновесия. Так как ток в диагонали CD при этом равен нулю, то ток , протекающий по сопротивлению  равен току , протекающему по сопротивлению , а ток , протекающий по сопротивлению , равен току , протекающему по магазину сопротивлений . Разделив уравнение (17) на уравнение (18), получим условие равновесия моста Уитстона:

.                                    (19)

Из него следует, что если установить ток в гальванометре равным нулю, то неизвестное сопротивление  определяется по остальным трем сопротивлениям:

.                                (20)

 

Рис. 9.3. Схема для измерения сопротивления мостом постоянного тока

«3» − гнездо «99999,9Ω» магазина сопротивлений; «1» − гнездо «0» магазина сопротивлений

 

Использовать:

• R1 − магазин сопротивлений;

• R2 − 150, 0 Ом ±0,5%;

• R3 − 100,0 Ом ±0,5%;

• R4 − резистор  модуля «Элементы ЦАП и АЦП»;

•  − измеряемое сопротивление;

• Р A 1 − мультиметр 2 (SANWA РС500) модуля «Измерительный блок» в режиме измерения постоянного тока.

3. Подключить магазин сопротивлений (выводы 0 и 99999,9 Ω) к гнёздам модуля «Наборное поле». Магазин сопротивлений измерительный состоит из шести декад, которые соединены последовательно.

4. Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциацию о тока «Сеть» модуля «Модуль питания». Включить мультиметр.

Изменяя величину значений магазина сопротивлений, добиться нулевых (минимальных) показаний мультиметра, в этом случае наступает баланс моста.

5. Рассчитать значение магазина сопротивлений (R1). Величину сопротивления, введенного в цепь магазина, следует определять, суммируя результаты умножения чисел на лимбах, указываемых стрелками, на множители стрелок.

Рассчитать сопротивление  формуле

и сравнить с фактическим (R1).

Аналогично произвести измерение и расчет для всех выданных образцов. Расчётные и опытные данные заносить в табл. 9.1.

Таблица 9.1

 

	, Om	, Om
1-ый образец
2-ой образец

 

6. Сделать вывод об измерении сопротивления мостом постоянного тока.

7. После завершения экспериментов и проверки результатов преподавателем необходимо разобрать схему, предоставить комплект в полном составе и исправности преподавателю или лаборанту.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие методы измерения сопротивления вам известны?

2. В чем особенности измерения сопротивления одинарным изме­рительным мостом? Напишите уравнение моста.

3. В чем сущность компенсационного метода измерений?

4. При каком методе измерения сопротивления (омметром, вольтметром и амперметром, мостовым методом) относительная погрешность будет наименьшей?

5. Назначение вольтметра в диагонали моста постоянного тока.

 

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	3
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ	4
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ	4
ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ . . .	5
Лабораторная работа № 1. Изучение метрологических характеристик средств измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	6
Лабораторная работа № 2. Измерение постоянного тока и напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	26
Лабораторная работа № 3. Измерение переменного тока и напряжений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	32
Лабораторная работа № 4. Расширение пределов измерения амперметра и вольтметра при помощи шунта и добавочного сопротивления	39
Лабораторная работа № 5. Расширение пределов измерения вольтметра и амперметра при помощи трансформаторов тока и напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	46
Лабораторная работа № 6. Измерение активной и полной мощности при различных видах нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	52
Лабораторная работа № 7. Измерение коэффициента мощности при различных видах нагрузки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	56
Лабораторная работа № 8. Измерение сопротивления косвенным методом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	60
Лабораторная работа № 9. Измерение сопротивления мостом постоянного тока  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	65
Лабораторная работа № 10. Измерение емкости мостом переменного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	70
Лабораторная работа № 11. Измерение индуктивности мостом переменного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	78
Лабораторная работа № 12. Измерение ЭДС потенциометром постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	82
Лабораторная работа № 13. Измерение амплитуды переменного напряжения при помощи диодных амплитудных детекторов  . . . . . . . . . . .	86
Лабораторная работа № 14. Измерение параметров переменных электрических сигналов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	90
РЕКОМЕНДУЕМАЯ  ЛИТЕРАТУРА  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	97

 

 

М и н о б р н а у к и Р о с с и и

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.П. ОГАРЁВА»